气力输送系统的故障检测与诊断.doc

气力输送系统的故障检测与诊断气力输送系统的故障检测与诊断一张雄,身海.李荣.董耀气力输送系统的故障检测与诊断半张雄,谢海,李国荣,董耀(1.南华大学三力高科技开发公司,湖南衡阳421001;2.张家口卷烟厂,河北省张家口市钻石北路075000)摘要:本文介绍了气力输送特点及经常出现的一些故障.通过强调与数据和问题识别相关的经验,为气力输送系统的故障检测与诊断提供了一些可靠的手段.关键词:气力输送;故障检测;气体流速;输送速度中图分类号:TH232文献标识码:B文章编号:10051295(2006)06004904FaultDetectionandDiagnosisforPneumaticConveyingSystemZHANGXiong,XIEHai,LIGuorong.DONGYao(1.SunnyhighTechnologyCompanyofNanhuaUniversity,Hengyang421001,China;2.ZhangJiakouCigaretteFactory,Zhangjiakou075000,China)Abstract:Fhecharacteristicsantisomeworking-faultwereintroduced.SomereliabilitymeansoffaultdetectionanddiagnosisforpneumaticconveyingsystemwerepresentedbasedOilsomedateandcorrelativeexperience.Keywords:pneumaticconveying;faultdetection;airvelocity;pneumaticconveyingvelocity气流输送技术是随着物料搬运和一些工业过程的需要而发展起来的,在20世纪中后期,原有的一限制也不断的被突破,目前气力输送已广泛的应用于电力,制药,食品.塑料,水力,化1,采矿,冶金及烟草等行业_l但气力输送系统可能成为工艺瓶颈问题和带来停机故障的危险,虽然基础物理知识很重要并在各种参考资料f25i巾做了很好的阐述,但是操作工作在故障检修中的最终成功还取决通过经验积累起_来的某些灵活的技能.本文通过强调与数据和问题识别有:的_T程实践经验,为气力输送系统的故障检测与诊断提供了一些可靠的手段.1系统故障原因及常见故障1.1故障原气力输送系统集中了各种设备许多参数之间相互耦合,增加了系统的复杂性和故障的相关性.气力输送系统是由给料装置,管道,除尘器,风机等设备组成的一个相关,相互影响的系统.如果系统巾有一个部件出现故障.则会影响其他部件的工作,进而会影响整个系统的特性.例如,当管道漏风的时候,会造成供料不足,从而使供料设备的作效率降低.南丁气力输送系统的故障具有传递性,一个部件m现故障会影响其部件的正常T作,会引起多个参数的变化所以有时很难判断到底故障的位置到底在哪里,也很难分清哪些是原冈数据.哪些是结果数据,使得故障诊断变得复杂.第二个原闪是气力输送系统典型的装置传感器数量最少的系统.缺乏传感器的信息使系统的监测不足.第三个原阂是气力输送系统自动检测所集巾的数据经常给系统的管理者和操作者带来很大的困扰,为这些数据有的很难能直观地用罔形,图像或文字直接表达出来,而且这些数据经常是变化的,真正分析这些数据的主要还是人,检测或诊断软件必须南人来判断故障.还有一个原因是系统输送系统的操作者可能忽略了一细微故障或隐含的故障.虽然这:l;收稿旧期:2Oo6一O8一l4作者简介:张雄(1980),男,湖南邵阳人,硕士研究生,南华大学三力高科技开发公司助理工程师,主要从事气力输送,巷烟工艺风力除尘研究工作49包装与食品机械2006年第24卷第6期些故障暂时还不影响系统运行,但可能导致将来发生无意识的或无预兆的问题.1.2常见故障及其后果气力输送系统的故障种类繁多,几乎每个部件都有可能发生故障.在过去已经出版了一些文章中,讨论了潜在原因的识别和提出可能的补救方法,与气力输送系统有关的故障一般集中在:?与输送速度有关:例子包括不够理想的输送速度和反复的线路堵塞.?与产品有关:包括产品降级,交叉感染和灰尘的形成?与系统有关:例子包括在弯管处或者阀门处磨损严重.管线震动,高鼓风机维护,等表1给出了气力输送系统常见故障及其诊断工具.表1气力输送系统常见故障及其诊断工具故障类型常见故障现象诊断模型或方法管网堵塞,送料不均比较模型和宴测参与输送速度有凳匀等数的差异Jx【机损坏.电机损坏.留存式建模与参数与产品有l茭除尘器损坏,传感器辨识,专家系统损坏等弯管处或者阀门处磨损严重,管线震动,实际运行参数与统与系统有关计数据分析.对整高鼓风机维护.系统个系统进行诊断没计不合理等系统气力输送系统故障一般不会造成大的安全事故,最主要的影响生产T艺,导致一些耗能增加等.2故障检测与诊断方法2.1故障检测与诊断的定义分类_10故障检测和故障诊断是两个不同的步骤.故障检测是确定故障发生在什么的确切地点.而故障诊断是详细描述故障是什么,确定故障的范围和大小,即故障辨识.在本文中,故障检测和故障诊断不作严格的划分.而是习惯上称为故障检测与诊断(FDD)故障检测与诊断的分类方法很多,如按诊断的性质分,可分为调试诊断(commissioningdiagnosis)和监视诊断(monitoringdiagnosis).调试诊断是指使用积极的调试信号去改变部件的操作,把系统的某个部件调控到某个广义理解的运行状态,这是一种主动的诊断方法:而监视诊断是指无法用可替代的操作而只能用被动接受的手段来监视系统或部件.如果按故障的搜索类型来分,可以分为拓扑学(topologic)诊断方法和症状(symptomatic)诊断方法.topologic诊断方法是指按正常运行模式下的模板来分析故障,而症状(symptomatic)诊断方法是直接研究搜索故障发生的地点.如罔l所示.图1故障搜乖方法分樊2.2故障检测与诊断过程早期的故障检测与诊断主要着眼于连接到能源管理与控制系统(EMCS)中个人计算机存档的静态数据库中.随着诊断技术不断的成熟.现在的故障检测与诊断手段则嵌入到了动态的控制体系中.罔2显示了故障诊断的一般过程.图2故障诊断过程示意图期望值或期望操作来源于建立存物理定律上的气力输送系统设备数学模型或经验数据.由传感器测量得到的实际运行过程的参数和由理论得到的计算值在诊断软件中进行比较和评估.将其比较或计算的误差作为输入,传送到故障诊断分析器巾,如果这个误差逐渐增大.则说明按期望操作的町能性减少,故障发生的可能性增加.经过诊断程序诊断后.诊断的结果作为输ff被传给设备的执行和显示机构,从而实现了故障的诊断,报警,打印和控制等功能.2.3常见的故障检测与诊断的数据在广义分类中.气动输送可以是稀相系统或密相系统.稀相输送指的是当所有的颗粒全部悬浮在输送气体中的情况,而密相输送包括当颗粒处于非息浮状的情况l.稀相或密相的可行性取决于产品的特性,性能要求和给定应气力输送系统的故障检测与诊断一张雄,谢海,李同荣,董耀用的输:送距离.无沧是哪一相输送,三个参数可以描述输送系统的工作情况压降,气体流速和输送速度I2.阿3表示出这些参数与输送相之间的整彤形彤形体气体速度图3压力降,气体速度和流量相互关系图定性关系.单相气流情况不同.在携带颗粒的气流中的压力降遇到最小,在此情况下.当速度下降时,稀相中的颗粒开始停止悬浮.最终进入密相.最小压力稍微偏左一点有阴影线的域给不稳定的流动区划分了界限,在此区域经常发生大的管道震动和输送压力的波动.图3还表示出这三个参数之间的相互关系.在AB线中表示输送能力(同物的流速)以恒定气体速度增大,压力斜率也增加.但是,如果气体以恒定输送压力梯度(BC线)增大.输送能力将增大.应注意在稀相区曲线坡度为正.反之,在密相区为负.因此,气体速度增大(固体物流率恒定情况下)会导致稀相输送系统的压力梯度增加,而导致密相系统的压力梯度降低.此目前对于气力输送系统故障检测与诊断主要靠检测以下的数据:2.3.I压力降的测量系统的压力分布图,对于识别堵塞或不稳定流动区是非常有用的.可以使用一个压力传感器在给料点(清洁一侧)的上游测量压力降.如果做到正确地维护和校准,该技术是可靠的.如果有同体存在的情况下进行测量.那么.为了防止堵塞,需要连续清理或者需要一个管路过滤器.应该定期检查连接器是否有堵塞的可能.如果没有压力传感器.可以使用压力计但是南于大多数压力计当遭受鼓风机震动时.不能长期在户外工作.在故障检修期间.应该安装新的压力计.在鼓风机入口和出口处可靠的压力测量对于其性能的特性化至关重要2.3.2输送速度的测量平均输送速度应该区别与系统的瞬时间速度.例如,在带有一个放空罐(放料罐)的密相输送系统中,在两个输送周期之间需要一定的时问来填充,加压和泄压.瞬间速度高于包括输送和非输送时间的平均速度.另一个例子是一个依赖于接受容器批量填充的真空卸料系统.放空接受容器,填满容器,然后重新建立起稳定的所需要的时问导致来自瞬间速度降低的平均输送速度的下降可以通过给料漏斗的重量损失或者过滤接受器的重量增加来估计瞬时输送速度.两种测量方法都很可靠,都可以重复使用.但是,必须采用适当的过滤和平均分配时问来减少数据波动,特别是当总重量很大时+用其他估计生产速度,如原料的质量平衡方法经常检验平均输送速度的计算2.3.3气体流量的测量气体流量的测量可能造成最大的挑战和可能发生错误.除非气体流量计是质量流量计.它很可能(通过比托管.涡流泄流计和孔板流量计)测量局部气体速度并需要矫正温度和压力.这些温度和压力的矫正在T艺控制计算机代码中很少能够被执行.结果,气体流量的测量总是有疑问,需要单独验证.有可能独立证实气体流量.通过使用入鼓风机曲线来交叉检验,该曲线建立了人口气体体积与反压之间的关系.从鼓风机制造商那里很容易获得这些性能曲线.对于新的或维护良好的设备,它们是可靠的.至于旧的空气驱动器,使用这些曲线应该小心,特别是在使用由于磨损滑移增大的旋转叶片鼓风机时.为了确保数据可靠.应该在现场验证鼓风机速度.入口,出口的压力和温度.另外,可以使用一个手持型比托静止管,或者一个热线风速测量计测量气体流量,只要在管子上钻一个小孔即可.小孔必须位于同形物给料器上游的输送管线的直管段.并且应该将其置于任何弯头的上游至少2O个管径,下游至少1O个管径处.在实践工程中,可能不得不做出折衷方案和理解这样做法所导致的内在的不准确性5l包装j食品机械2006年第24卷第6期如有可能,应该测量入口和出口的流量以便检查是否有泄漏.这种做法很有用,特别是用于很难探测泄漏位置的真空系统中.2.4数据的分析在故障检修期间能得到全部所需要的性能数据和物料特性可能是很小的.例如,在1二作时?贝0量穿过旋转阀的空气泄漏是非常闲难.一开始可以使用根据经验来的相关数,或者制造商提供的同表.但是,如果阀门是旧的或者磨损_r,用一个已知间隙的阀门代替.可以使用在测试回路上得到的输送数据来计算想要的系统压力分布图.确保手中的试验物料和产品是相同的成分和粒径.并确认这些试验是在真实的温度条件下和真实的管壁粗糙度情况下进行的.当面对不完整数据组时,常识和创造力,加之好的工程判断力是最好的1=具.比如,通过测量穿过旋风分离器的压降和将其与性能曲线进行对比.可以估计输送系统出口处气体流量.即使有良好的计量系统,所有的数据也可能不一致.通过验证测量的其它变量值和在他们之间寻找一致性可以识别功能异常的仪器.有一打以上的数据相互矛盾的情况并不罕见.在这种情况下,陷入最坏的情况是渴望得到一个数据,而完全忽略了其它所有数据,我们将其称为数据近视.但有一些技术能够帮助区分相互矛盾的数据一般在于净的气流中,温度的测量应该是准确的.然而,脏的或者维护不好的温度传感器并非罕见.显然,在系统关闭后压力表不能回到零位,就必须更换压力表.间接测量,如气流流量,南于不准确而臭名远扬.不准确的原因可以追溯到不正确的安装和不正确的现场数据处理(例如,不正确的密度和温度校正).清楚地了解系统误差和测量的准确非常重要.能够区分矛盾的数据另一种方法是存工厂做一些实验.可能会帮助肯定或者否定一些数据.最后,在这些情况下,没什么能够替代经验.在真空输送系统巾系统巾测量输送气体的流量时出现的数据矛盾的一个常见的例子.如果在检拾(给料)处的测量与鼓风机曲线得来的估计不相符,就有一个根本问题很可能是进52入系统的泄漏引起附加气流.为了解决这一矛盾,必须测量鼓风机出口的气流流量.要经常寻求数据异常的解释,特别是有许多这样的数据不是几个,解决不连续的问题很f难.除非有广泛的数据记录.3现场检查只在控制室里查找故障可能会造成惨重的损失.如有可能,沿着输送系统巡视并观察输送线的状态在现场很容易发现一个松开的联接器或者法兰,旧损的弯头或者吱吱作响的旋转阀.有痕迹或者凹痕的管道可能表示在此处操作工曾经试罔用敲击管道的办法来驱赶物料.记录路线结构,弯头和个联接点的位置并密切注意看起来完全是新安装的管道,总会有一个应该进一步凋查背后的原因.鼓风机组件典型地包括入口和m口消音器和过滤器.连同包括阀门和旁通的空气管道.应该目测检查过滤器,或者通过穿过滤器的压力降测量来分析过滤器.在真空系统中,最初的集尘器设计可能有致命的弱点.如果集尘器的设计不正确,或者使用的袋子型号不对,都会产生高压力降,l大J此而导致底输送速度.如果有旁通阀,一定要确保其位置正确当系统工作时,应该检查安全阀,以便确保阀门密封正确,不漏气.一个正在1=作的系统比一个静态系统更能说明问题,为管道中的不稳定流动本身就表明了严l萤的管道震动.T程师可以将耳朵附在管线上听,或者使朋听诊器对流动方式做出有用的结论.例如,虽然这些是主观捕述,但是稀相流听起来声音微弱伴随着无规律的冲击噪声.有规律的密相流听起来像一个蒸汽机的活塞+不稳定的密相流听起来像一列走进的货运火车伴随着不规律的停顿如果稀相流巾的物料在弯头处蓄积(特别是给料器下游的第一个弯头,此处的震动更加强烈),声音不会像预料的那样微弱.获得基本数据非常有用,例如.当系统正常工作时听管线中物料的流动声.那么,任何变化都归冈下稳定流动模型的改变.对于硬物料(如塑料小球,粮食或者沙子)听诊方法气力输送系统的故障检测与诊断一张雄,谢海,李周荣.董耀很有用,但是对于软物料(如橡胶碎,煤粉或者水泥)就不好用.然而,它是取代观察玻璃的一个好的方案.夭J为考察到安全,对玻璃较少用于CPI气动系统.往往使用lR枪(红为线温度探测仪)或热电偶来测量管道表面温度,但颗粒对弯头外壁的影响可能造成局部热点,成为各巾与产品有关的问题的根源lI5I.4结束语当气力输送系统发生故障的时候.我们应该根据所得的数据及经验确定解决方案.如果有多种执行方案,需要将他们区分优先顺序,这要基于实施的简化,成本,交货,停机期和控制今后变异的能力.如果系统的选择已经是错误的,那么优化改进不会达到目的.例如,如果发现严重的颗粒磨损是个问题.最好设计一个新的密相输送系统.而不是试图优化现有的稀相系统kJb.与设备操作小组之间的交流非常重要.为了使操作和维护简易.询问他们在新的设备上他们喜欢看到什么特点,确认最终的解决方案,能够解决发现的问题并符合成功的目的.参考文献:1陈乍=民,杨辉.漫谈气力输送J.力学与实践.2004(2):9294.2Klinzing.G.E.PneumaticConveyingofSolids,2ndedM.Chapman&Hall,Dmdon,1997.13Zenz.F.A.andOther.D.F.FluidzationandFluidParticleSystems,Chapters10.1lM.Reinhold,NewYork,1960.4Mil1.D.PneumaticConveyingDesignGuide.Butterwoahs,Sydney,l990.5Wypych.P.andArnold.P.C.CourseNotesonDesignWorkshoponPneumaticConveyingf(:.UniversityofWollongong.Australia.1990.6Soh.P.CoursenotesonPnumaticConveyingofBulkSolidsZ.TheCenterf(】rProtesssionalAdvaneenlent,Houston.1996.7朱云.刘志敏.气同两相流的阻摩预测J.仪器仪表,2003,8(24):685686.8程群.气力输送的设计要点J.水泥T程,2000,(4):59.9岁驹华,张颖.气力输送设备综述J.盐城T学院学报.200o,l3(3):3740.10RasmussenJ.1nfomationandHumanmachinehiteraetionM.NewYork:ElsevierScienceInc,1986.11黄标.气力输送M.上海科技版,1982.12MjB,WypchPW.PressuredroppredictioninlowvelocitypneumaticconveyingJ.Powertechnolo